KR20210006709A - 투명도 가변 글래스 및 이의 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명도 가변 글래스 및 이의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 입사되는 광의 투과율이 가변적으로 제어되는 글래스에 관한 기술이다. 이러한 본 발명은, 내측면에 제 1투명전극이 구비된 제 1필름, 내측면에 제 2투명전극이 구비된 제 2필름 및 제 1필름과 제 2필름 사이에 구비되며, 제 1투명전극과 제 2투명전극에 인가되는 전압에 대응하여 입사광의 투과율을 제어하는 액정 캡슐을 포함하고, 제 1필름과 제 2필름의 중첩시, 제 1투명전극과 제 2투명전극의 배향 패턴 구조에 대응하여 부분적으로 투과율이 제어된다.

Description

투명도 가변 글래스 및 이의 제어 장치{Transparency variable glass and apparatus of controlling transparency of the same}
본 발명은 투명도 가변 글래스 및 이의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 입사되는 광의 투과율이 가변적으로 제어되는 글래스에 관한 기술이다.
차량의 전면 글래스나 선루프 등에 적용되는 가변 투명도 스위칭 윈도우(VTSW; Variable Transparency Switching Window)는 각 투명도에 따라 투과율 전환이 가능하다. 따라서, 사용자의 선택에 부합하는 투명도를 제공하고자 투과율 제어를 위한 장치가 고안되고 있다.
일반적으로, 투명도 가변 글래스의 경우 2개의 전원 공급 전극을 통해서 공급 전극 단자에 가해진 전원에 응답해 광투과성 및 광학적 특성을 변경할 수 있는 투과층을 포함하고 있다. 이와 같은 투과층을 구성함에 있어서, 투명도 가변 글래스는 주로 액정폴리머로 구성되는 투과층을 포함하고 있다.
최근 차량의 유리 글래스에 상술된 투명도 가변 글래스가 적용되고 있는바, 사용자의 선택에 따라 차량의 글래스 투명도를 변환할 수 있다. 더욱이, 헤드업 디스플레이(Head-up display)를 적용한 차량의 경우, 차량의 전면 유리의 투명도 조절은 필수적인 요소로 자리 잡고 있다.
다만, 위와 같이 구성된 투명도 가변 글래스의 경우, 사용자의 선택에 따라 투명도의 조절이 어렵다. 또한, 투명층을 가스구조로 형성하여 제조하는 투명도 제어 글래스의 경우, 가스의 밀도 불균형 및 가스구조의 구동을 위한 별도의 회로가 필요하다는 단점이 존재한다.
본 발명의 실시예는 사용자의 요청 및 환경에 따라 투명도를 조절하고 글래스의 일정 부분만 선택적으로 투명도를 조절할 수 있도록 하는 투명도 가변 글래스 및 이의 투명도 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스는, 내측면에 제 1투명전극이 구비된 제 1필름; 내측면에 제 2투명전극이 구비된 제 2필름; 및 제 1필름과 제 2필름 사이에 구비되며, 제 1투명전극과 제 2투명전극에 인가되는 전압에 대응하여 입사광의 투과율을 제어하는 액정 캡슐을 포함하고, 제 1필름과 제 2필름의 중첩시, 제 1투명전극과 제 2투명전극의 배향 패턴 구조에 대응하여 부분적으로 투과율이 제어된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 투명도 가변 글래스 제어 장치는, 전압에 따라 광투과성이 가변 제어되는 투명도 가변 글래스; 투명도 가변 글래스에 전압을 공급하는 전압 제어부; 및 입력정보에 대응하여 투과율 모드를 선택하고, 선택된 투과율 모드에 따라 전압의 레벨을 제어하는 제어부를 포함하고, 가변 글래스는 내측면에 제 1투명전극이 구비된 제 1필름; 내측면에 제 2투명전극이 구비된 제 2필름; 및 제 1필름과 제 2필름 사이에 구비되며, 제 1투명전극과 제 2투명전극에 인가되는 전압에 대응하여 입사광의 투과율을 가변적으로 제어하는 액정 캡슐을 포함한다.
본 발명의 실시예는 사용자의 요청 및 환경에 대응하여 글래스의 투명도를 가변적으로 제어할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 글래스의 일정 부분만 선택적으로 투명도를 조절하여 글래스의 정교한 제어가 가능하도록 하는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 실시예는 예시를 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스 제어 장치에 관한 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스에 관한 상세 구성도.
도 4 및 도 5는 도 3의 투명도 가변 글래스에 관한 단면도.
도 6은 도 5의 액정 캡슐에서 가변 투과층의 구조를 나타낸 실시예.
도 7은 도 3의 투명도 가변 글래스의 패턴 구조를 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 3의 투명도 가변 글래스의 부분 투과율을 설명하기 위한 도면.
도 9 및 도 10은 투과율 전환에 따른 투명 모드, 불투명 모드를 설명하기 위한 도면.
도 11은 도 3의 투명도 가변 글래스의 투과율 선형제어 레벨을 설명하기 위한 그래프.
도 12는 도 2의 전압 제어부에 대한 구성도.
도 13은 도 12의 전압 제어부의 제어 방법을 설명하기 위한 파형도.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 스마트 윈도우 필름(Smart window film) 형태의 투명도 가변 글래스(10)를 이용하여, 전계반응에 따른 투과율 및 굴절률 차이를 제어할 수 있다. 투명도 가변 글래스(10)는 스마트 윈도우 필름을 이용하여 차량용 글래스 또는 대상 오브젝트 형상에 따라 재단 및 성형하여 실장한다.
투명도 가변 글래스(10)는 차량 윈도우의 투과율을 가변적으로 제어할 수 있다. 투명도 가변 글래스(10)를 차량에 적용하는 경우 차량의 안전 및 편의성을 향상시킬 수 있다.
차량의 기능들이 점점 진화되고 미래 자율 주행시대에 부합하여, 차량은 단순한 이동수단이 아니라 거주공간으로서의 가치를 부여할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스(10)가 자율 주행용 차량에 적용될 수 있다. 이러한 경우, 프라이버시 존(Privacy Zone)을 구축하고, 자외선, 적외선, 과도한 온도변화 등 외부환경으로부터 탑승자를 보호할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스 제어 장치에 관한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스 제어 장치는, 투명도 가변 글래스(10), 전압 제어부(20), 제어부(30) 및 메모리(40)를 포함한다.
여기서, 투명도 가변 글래스(10)는 투명전극 필름을 증착 및 러빙한 박막 구조이다. 투명도 가변 글래스(10)는 투과율을 전환하고 낮은 굴절률 변화를 제어할 수 있다. 투명도 가변 글래스(10)는 내부의 투명전극 사이에 형성되는 전계의 변화에 종속하는 광투과성을 가지며, 내부의 투명전극에 인가되는 전압 소스에 따라 광투과성이 가변 제어된다.
투명도 가변 글래스(10)는 별도의 스위치 조작, 차량용 디스플레이 장치(예를 들면, 네비게이션 단말기, AVN; Audio Video Navigation) 통합 제어, 사용자 인터페이스(UI; User Interface) 제어, 스마트폰 어플리케이션(블루링크 등)을 이용하여, 각 윈도우의 투과율을 수동 또는 자동으로 전환한다. 사용자 제어 또는 자동 투과율 제어 모드에 따라 투명도 가변 글래스(10)의 투과율이 가변되어 차량의 주행환경에서 최적화된 윈도우 투과율을 제공할 수 있다.
또한, 전압 제어부(20)는 제어부(30)에 의해 제어되며, 투명도 가변 글래스(10)의 투명전극에 선형적인 전압을 제공한다. 이러한 전압 제어부(20)는 스위칭 소자(MOSFET)를 포함하는 컨버터를 사용하여 전원을 강압 또는 승압하여 투명도 가변 글래스(10)에 선형적인 전압을 제공한다. 또한, 전압 제어부(20)는 셧-다운(Shut-Down)시 출력되는 전압을 차단하고, 동조 가능한 소프트 스타트(Soft-Start) 전류를 램핑(Ramping)하며 폴드백(Foldback) 출력 전류를 제한한다.
그리고, 제어부(30)는 입력정보 IN에 대응하여 투과율 모드를 선택하고 제어할 수 있다. 제어부(30)는 사용자가 선택한 투명도 정보를 기반으로 하여 전압 제어부(20)에서 투명도 가변 글래스(10)로 인가되는 전압을 제어한다. 제어부(30)는 복수 개의 레벨 중 선택된 어느 하나의 레벨의 전압을 인가하여 투명도 가변 글래스(10)의 투과율을 다단계로 다양하게 구현할 수 있다.
또한, 제어부(30)는 차량의 주행 환경(예를 들면, 날씨, 일조량, 조도변화, 터널, 눈부심, 자율주행 모드)에 따라 자동으로 투과율 모드를 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(30)는 GPS(Global Positioning System) 및 레인 센서(Rain Sensor)와 연동하여 터널, 우천 등 어두운 주행 환경에서 자동으로 최적화된 투과율 모드를 제어할 수 있다. 또한, 센서를 통해 외부의 온도 및 가시광을 센싱하여 선루프 글래스의 투과율을 차폐 전환하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(30)는 브라이트(Bright) 모드에서 자연 빛을 투과시키도록 모드를 설정할 수 있다.(투과율 70% 이상) 터널, 우천 등 조도가 낮아 주변 환경이 어두워지면 자동으로 브라이트 모드로 설정될 수 있다.
또한, 제어부(30)는 차량의 후진시 브라이트 모드를 설정할 수 있다. 즉, 차량의 후진시 자동으로 뒷유리 및 사이드 미러(ISRVM; Inside Side Rear View Mirror, OSRVM; Outside Side Rear View Mirror)를 브라이트 모드로 변경하여 주행의 안전성을 확보하고 시인성을 향상시킬 수 있다. 다른 실시예에 따라, 제어부(30)는 차량의 자율주행 중 운전자의 요청 또는 매뉴얼 동작에 의해 브라이트 모드로 설정될 수 있다.
제어부(30)는 가변 틴팅(Variable Tinting) 모드에서 빛을 가변 차단하는 모드로 설정할 수 있다.(투과율 69~25%) 즉, 제어부(30)는 차량의 주차 또는 정차시 직사광선을 회피할 수 있도록 가변 모드를 설정할 수 있다. 또한, 차량용 디스플레이 장치의 시청 모드에 따라 각 글래스의 투과율을 제어(조도 및 역광에 따른 점진적인 불투명 모드) 하여 컨텐츠 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제어부(30)는 프라이버시(Privacy) 모드에서 프라이버시 스위트 존(Zone)에 대해 빛을 완전히 차단하는 모드로 설정할 수 있다.(투과율 25% 이하) 즉, 제어부(30)는 차량의 자율주행 중 운전자의 휴식 또는 수면시 프라이버시 모드로 전환하여 안락한 투과율(투과율 30% 이하)을 제공할 수 있다.
여기서, 운전자의 수면 상태는 운전자의 심박수를 체크하거나, 카메라를 이용한 동공 트래킹 또는 운전자의 요청에 의해 검출할 수 있다. 또한, 후석 위치에 있는 탑승자의 요청에 의해 프라이버시 모드로 전환하여 뒷유리, 후석 윈도우의 투과율을 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 차량의 주차 이후에 외부의 기온이 변화되거나 날씨가 변경된 경우, 원격으로 투과율을 전환할 수도 있다. 차량의 주차 이후에 외부의 기온이 상승하면 사용자가 스마트폰 어플리케이션을 이용하여 제어부(30)의 설정 모드를 불투명 모드로 변경함으로써 자외선, 가시광 등을 차폐할 수 있다.
메모리(40)는 사전 실험 및 평가 등에 의해 도출하여 구축한 룩 업 테이블(LUT, Look-Up Table)을 포함하여 각 모드에 대응하는 투과율 제어 정보를 저장할 수 있다. 룩 업 테이블은 투명도 가변 글래스(10)의 투명도 또는 회색도에 따라 투명도 가변 글래스(10) 측에 제공되는 전압값을 설정한 데이터 테이블이다. 본 발명의 실시예에서 제어부(30)는 메모리(40)의 룩업테이블(LUT; Look-Up Table)에 저장된 데이터를 기반으로 전압 제어부(20)의 전압을 제어한다.
메모리(40)는 제어부(30)의 전압 제어시 사용자의 선택을 입력받으면 룩 업 테이블의 데이터를 제공하는 바, 사용자의 선택에 따른 투과율 조정의 응답속도를 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스에 관한 상세 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스(10)는, 제 1필름(11), 제 2필름(12) 및 액정(LC; Liquid Crystal) 캡슐(13)을 포함한다.
제 1필름(11)과 제 2필름(12)은 판상의 투명 소재로 이루어질 수 있으며, 투명도 가변 글래스(10)의 상하 양측에 각각 배치될 수 있다. 이러한 제 1필름(11)과 제 2필름(12)은 전계반응에 대응하는 굴절률을 제어할 수 있다. 여기서, 제 1필름(11)과 제 2필름(12)은 그 내측면에 광축(optic axis)에 대해 수직, 수평 또는 대각으로 배향 및 러빙된 투명전극을 일체형으로 내장할 수 있다.
그리고, 제 1필름(11)과 제 2필름(12) 사이에 위상 제어가 가능한 액정 캡슐(13)이 실장된다. 전압 제어부(20)로부터 공급되는 전원에 의해 액정 캡슐(13)의 위상에 따른 투과율이 제어될 수 있다. 액정 캡슐(13)은 제 1필름(11)과 제 2필름(12)의 위상을 제어한다. 액정 캡슐(13)은 원편광 광원의 수직방향에 대해 동등 또는 유사한 수준을 유지할 수 있는 굴절률을 갖는다.
여기서, 액정 캡슐(13)은 고분자 분산형 액정(PDLC; Polymer Dispersed Liquid Crystal) 구조의 캡슐형 액정 다발로, 전기장의 인가 여부에 따라 투명 또는 불투명 상태로 변화가 가능한 물성 구조체이다.
예를 들어, 액정 캡슐(13)은 Min @100um,ε|| ≥ 9.5, ε┴ ≤ 3.3, 이방성 ne=1.6, no=1.2 수준의 물성 특성으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 액정 캡슐(13)의 물성은 면저항, 전도도, 굴절율을 만족하는 폴리머의 대표값으로 실험치에 종속하여 산출할 수 있으며, 액정 캡슐(13)의 물성 특성은 이에 한정되지 않는다.
이러한 액정 캡슐(13)은 유전율 이방성이 가능하며, 명암 대비율이 우수하다. 액정 캡슐(13)은 수직, 수평 배향에 의해 베이스 표면에 수직, 수평 또는 대각선 등으로 배향될 수 있다. 이와 같이, 액정 캡슐(13)은 액정의 배열에 영향을 크게 미치지 않아 전압 인가 전후 탁도가 낮은(굴절률이 낮은) 투과율을 제어할 수 있으며, 우수한 시야각 특성을 갖는다.
또한, 투명도 가변 글래스(10)와 전압 제어부(20)는 전원 케이블(50)에 의해 연결된다. 전원 케이블(50)은 연성평탄케이블(FFC Flexible Flat Cable) 구조로 이루어질 수 있다. 전원 케이블(50)은 리드타입으로 일체형 또는 체결형으로 투명도 가변 글래스(10)와 연결된다.
도 4 및 도 5는 도 3의 투명도 가변 글래스(10)에 관한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 투명도 가변 글래스(10)는 제 1필름(11), 제 2필름(12) 사이에 액정 캡슐(13)이 구비된다.
일 실시예에 따라, 제 1필름(11)과 제 2필름(12)은 다중 폴리에스테르(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 1PLY(플라이), 2PLY), 다이드(Dyed), 칩 다이드(Chip Dyed), 카본(Carbon), 메탈(Metal), 세라믹(Ceramics), 스퍼터(Sputter), 나노 카본 세라믹 등으로 구현될 수 있다.
여기서, 다이드(Dyed) 필름은 염료필름으로 필름의 이완 수축을 이용한 컬러 변환 필름이다. 그리고, 칩 다이드(Chip Dyed) 필름은 컬러 필름 원단 자체로 구성된 필름이다. 카본(Carbon) 필름은 필름 원단에 탄소를 첨가해 내구성을 높인 필름이다. 메탈(Metal) 필름은 필름 표면에 금속을 침전시켜 코팅한 필름이다.
세라믹(Ceramics) 필름은 비금속, 무기질 재료를 높은 온도에서 가공 및 성형한 필름이다. 스퍼터(Sputter) 필름은 진공 상태에서 금속 성분을 원자 구조로 얇게 박막 코팅한 필름이다. 나노 카본 세라믹 필름은 카본 필름과 세라믹 필름을 결합한 필름이다.
그리고, 제 1필름(11)의 내측면에 제 1투명전극(14)을 포함하고, 제 2필름(12)의 내측면에 제 2투명전극(15)을 포함한다. 여기서, 제 1투명전극(14)과 제 2투명전극(15)은 광투과성의 무기물 기판 또는 유기물 기판이거나, 이들이 동종 또는 이종으로 적층된 전극일 수 있다.
투명전극(14, 15)은 전하를 운반하는 매체인 캐리어가 충분하고, 저항이 낮아 쉽게 움직일 수 있어 통전율이 높아야 한다. 투명전극(14, 15)은 빛이 투과될 수 있도록 투명 재질이며, 전극의 두께, 저항 및 전도도, 투과도 상관관계에 따라 정의 될 수 있다.
투명전극(14, 15)은 두께가 매우 얇은 박막이므로 작은 두께 변화에도 저항이 민감하게 변화된다. 투명전극(14, 15)은 두께와 상관없이 물질의 표면이 갖는 저항인 면 저항이 특정 저항(예를 들면, 1000Ω/sq) 이하로 설정될 수 있다.
투명전극(14, 15)은 밴드갭(Band gap)의 크기에 따라 전도도 및 투과도를 결정할 수 있다. 즉, 밴드갭이 크면 전도도가 낮아지지만 투명해지고, 밴드갭이 작아지면 전도도는 높아지고 불투명해진다.
따라서, 두께가 두꺼워지면 저항이 작아지고, 전도도가 높아지지만 투과도가 낮아진다. 반대로, 두께가 얇아지면 저항이 증가하고 전도도가 낮아져 투명해지는 특성이 있다.
예를 들어, 투명전극(14, 15)은 인듐 틴 옥사이드(ITO; Indium Tin Oxide), 인듐 징크 옥사이드(IZO; Induim Zinc Oxide), 그래핀, 폴리스티렌술포네이트(poly(ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate; PEDOT:PSS), 은나노 와이어(Silver Nanowire), 카본 나노튜브(CNT; Carbon NanoTube) 등의 투명 도전 물질로 이루어질 수 있다.
여기서, 인튬 틴 옥사이드(인듐주석산화물)는 산화인듐(In2O3)과, 산화주석(SnO2)이 결합되어 전기 전도도가 우수하며, 높은 투과도를 갖고 전기 신호를 공급하고 빛을 투과할 수 있다. 그래핀은 탄소벌집 모양의 육각형 그물로 배열된 평면층 구조이다. 그래핀은 전기 전도도가 높고, 전자의 이동이 빠르며, 강도 및 열전도성이 높으며, 플렉서블 디바이스에 적용이 가능하다.
폴리스티렌술포네이트는 전도성 고분자로 에틸렌디옥시티오펜(EDOT; Ethylenedioxythiophene) 단량체를 중합하여 합성한다. 폴리스티렌술포네이트 전기, 전도도가 높고, 유연성, 안정성이 뛰어나며, 코팅 공정이 단순하다.
은나노 와이어는 은으로 된 단면의 나노미터 극 미세선 다발이다. 은나노 와이어는 나노 크기의 은(Ag)을 기판에 와이어 형식으로 성정시키며, 그물모양으로 투명성과 전도도가 우수하다. 카본 나노튜브는 탄소들이 벌집처럼 연결된 다발형태 소재로, 6각형 벌집무늬를 이루고 크기는 1나노미터로 이루어진다.
그리고, 액정 캡슐(13)은 가변 투과층(16), 액정 액적(Droplet)(17) 및 액정 분자(18)을 포함한다. 가변 투과층(16)은 고분자 중합체 광소자로서 고분자 광굴절 재료로 사용될 수 있다. 가변 투과층(16)은 투과성이 있는 액정 폴리머(Polymer) 구조체로 구성될 수 있다. 액정 캡슐(13)은 제 1투명전극(14)과 제 2투명전극(15) 사이에 채워진 형태로 배치될 수 있다.
이러한 구조를 갖는 액정 캡슐(13)은 제 1투명전극(14)과 제 2투명전극(15) 사이에 형성되는 전계의 변화에 종속하는 광투과성을 갖는다. 따라서, 액정 캡슐(13)은 전원이 인가되는 경우, 광투과성이 낮아지는바 불투명한 글래스를 형성한다. 액정 캡슐(13)은 높은 전원이 인가될수록 광투과성이 낮아지는 특징이 있다.
도 5를 참조하면, 가변 투과층(16)은, 제 1투명전극(14)과 제 2투명전극(15) 사이에, 전압이 미인가되는 경우 쉐이드 상태(shade state)가 되어 광 차폐가 가능하게 된다. 액정 캡슐(13)은 광투과성 성질을 포함하고 있는 물질이다. 그러므로, 액정 캡슐(13)은 제 1투명전극(14)과 제 2투명전극(15) 사이에 전압이 인가되는 경우 전계가 형성된다.
이에 따라, 가변 투과층(16)은 평광적 성질을 갖게 되어 외부로부터 입사되는 입사광의 위상을 변화시켜 통과시킨다.
예를 들어, 가변 투과층(16)은 제 1투명전극(14)과 제 2투명전극(15)의 양단에 인가되는 전압에 입사광을 전환시킬 수 있다. 폴리머가 수직 상태의 위상을 갖는 경우 외부로부터 입사되는 광을 0° 전환시킨다. 그리고, 폴리머가 기울어진 상태(수직과 수평 중간 상태)의 위상을 갖는 경우 외부로부터 입사되는 광을 약 45° 전환시킨다. 또한, 폴리머가 수평 상태의 위상을 갖는 경우 외부로부터 입사되는 광을 약 90° 전환시킨다.
이렇게 가변 투과층(16)에 인가되는 전계에 종속하여 투명도 가변 글래스(10)는 인가 전압에 따른 다양한 광투과성을 구현하게 되고 투명도 및 투과율 제어가 가능하게 된다.
도 6은 상술된 가변 투과층(16)에 구비된 액정 액적(17)이 폴리머 3D 볼(Ball) 구조로 구현되는 실시예를 나타낸다.
도 7은 도 3의 투명도 가변 글래스(10)의 패턴 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스(10)는, 제 1투명전극(14)과 제 2투명전극(15)의 배향 패턴 구조가 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1투명전극(14)은 서브 전극들의 패턴 구조가 (A)와 같이 수직으로 배열될 수 있다. 그리고, 제 2투명전극(15)은 서브 전극들의 패턴 구조가 (B)와 같이 수평으로 배열될 수 있다.
도 8은 도 3의 투명도 가변 글래스의 부분 투과율을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스(10)는 필름(11, 12)의 중첩시 내부 위상 제어를 부분(Partial) 제어 함으로써 선택적인 부분 투과율 제어가 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스(10)는, 제어부(30)에 설정된 모드에 따라 필름(11, 12)의 영역(Zone)을 분리하여 각각 다른 투과율로 제어할 수 있다. 즉, 동일한 글래스 내에서 필름(11, 12)의 중첩되는 영역을 상/하, 좌/우 영역으로 분리한다. 그리고, 투명도 가변 글래스(10)는 각각의 분리 영역에 전압 제어부(20)로부터 인가되는 전압을 개별적으로 공급하여 일부 영역에 대해 투과율을 부분적으로 제어할 수 있다.
예를 들어, (1) 영역은 수직 방향에 12V 전압을 제공하고, 수평 방향에 6V 전압을 제공하여, 전위차가 6V가 되도록 설정한다. (2) 영역은 수직 방향에 6V 전압을 제공하고, 수평 방향에 6V 전압을 제공하여, 전위차가 0V가 되도록 설정한다.
(3) 영역은 수직 방향에 12V 전압을 제공하고, 수평 방향에 3V 전압을 제공하여, 전위차가 9V가 되도록 설정한다. (4) 영역은 수직 방향에 6V 전압을 제공하고, 수평 방향에 3V 전압을 제공하여, 전위차가 3V가 되도록 설정한다. 이에 따라, 본 발명의 실시예는 각각 분리된 영역 (1)~(4)의 전위차에 대응하여 투과율이 부분적으로 제어될 수 있다.
도 9 및 도 10은 투과율 전환에 따른 투명 모드, 불투명 모드를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예는, 투명전극(14, 15)의 위상을 제어하여 투과율 및 굴절율을 변화시킴으로써 투명모드와 불투명모드의 선형 변화를 제어할 수 있다.
도 9를 참조하면, '투명모드'는 등방성 굴절률을 갖는 투명전극(14, 15)을 배향 및 러빙 성형한다. 그리고, 액정 캡슐(13)의 전압을 제어하여 등방성 굴절률로 굴절률 및 투과율을 제어한다. 예를 들어, 투명전극(14, 15)을 내장한 필름(11, 12)의 굴절률(n1)은 1.2로 제어하고, 액정 캡슐(13)의 굴절률(n2)을 1.2로 제어할 수 있다.
즉, 액정 캡슐(13)의 굴절률과, 수직 패턴을 갖는 투명전극(14) 및 수평 패턴을 갖는 투명전극(15)을 모두 등방성 굴절률로 제어한다. 그러면, 광원은 편광되지 않은 빛으로 투과되어 투명모드를 구현할 수 있다.
도 10을 참조하면, '불투명모드'는 등방성 굴절률은 유지하면서 액정 캡슐(13)의 위상을 투명모드 대비 π/2로 위상이 전환되도록 전압을 제어한다. 즉, 원편광을 차폐하고 액정 캡슐(13)의 굴절률을 변화시켜 투과율을 제어한다. 예를 들어, 투명전극(14, 15)을 내장한 필름(11, 12)의 굴절률(n1)은 1.2로 유지하고, 액정 캡슐(13)의 굴절률(n2)을 1.6 이상으로 위상 전환할 수 있다.
즉, 수직 패턴을 갖는 투명전극(14)과 수평 패턴을 갖는 투명전극(15)이 중첩된 상태에서 원편광 광원이 투사된다. 그러면, 액정 캡슐(13)에 의한 굴절률 전환에 따라 원편광 광원이 산란되고, 선편광은 흡수 또는 소광되어 원편광이 투과되지 않는 불투명모드를 구현할 수 있다.
도 11은 도 3의 투명도 가변 글래스의 투과율 선형제어 레벨을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예는 전압의 증가에 따라 투과율을 선형적으로 제어할 수 있다. 반대로, 전압의 증가에 따라 투과율이 감소하도록 역상 제어를 할 수도 있다.
본 발명의 실시예는, 전압 제어부(20)를 통해 인가되는 전압을 선형적으로 제어하여 투명 모드 또는 불투명 모드의 선형적인 제어가 가능하다. 또한, 탁도 제어를 위해 굴절율을 각 적층에 매칭시킴으로 헤이즈, 산란 없는 선명한 투과율 전환이 가능하다.
도 12는 도 2의 전압 제어부(20)에 대한 구성도이다.
도 12를 참조하면, 전압 제어부(20)는 제어신호 생성부(21)와 출력 스위칭부(22)를 포함한다.
여기서, 제어신호 생성부(21)는 차량의 환경에 대응하여 투과율이 자동으로 변경될 수 있도록 하기 위해 선형적 전압 레벨 값을 제어한다. 즉, 제어신호 생성부(21)는 제어부(30)로부터 인가되는 제어신호 CON에 대응하여 자동으로 투과율 단계가 선택될 수 있도록 전압 레벨 값을 제어한다.
예를 들어, 제어신호 생성부(21)는 브라이트(Bright) 모드에서 자연 빛을 투과시키기 위해 투과율이 70% 이상이 되도록 전압 레벨의 값을 제어할 수 있다. 제어신호 생성부(21)는 가변 틴팅(Variable Tinting) 모드에서 빛을 가변적으로 차단하기 위해 투과율이 69~25% 범위로 변경 되도록 전압 레벨의 값을 제어할 수 있다. 또한, 제어신호 생성부(21)는 프라이버시(Privacy) 모드에서 프라이버시 스위트 존(Zone)에 대해 빛을 완전히 차단하기 위해 투과율이 25% 이하가 되도록 전압 레벨의 값을 제어할 수 있다.
제어신호 생성부(21)는 제어신호 CON에 대응하여 선형적인 출력전압 VOUT을 제공하기 위한 제어신호 TG1, TG2, BG1, BG2를 생성한다. 제어신호 생성부(21)는 펄스폭 변조를 통해 제어신호 TG1, TG2, BG1, BG2를 가변 제어할 수 있다.
그리고, 출력 스위칭부(22)는 복수의 스위칭소자 T1~T4와, 저항 R1 및 전류 램핑부(25)를 포함한다.
여기서, 복수의 스위칭소자 T1~T4는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 구조의 스위칭 컨버터를 포함할 수 있다.
즉, 스위칭소자 T1, T2는 입력전압 VIN 인가단과 저항 R1 사이에 직렬 연결된다. 스위칭소자 T1는 게이트 단자를 통해 제어신호 TG2가 인가된다.
그리고, 스위칭소자 T2는 게이트 단자를 통해 제어신호 BG2가 인가된다. 또한, 스위칭소자 T3, T4는 출력전압 VOUT 인가단과 저항 R1 사이에 직렬 연결된다. 스위칭소자 T3는 게이트 단자를 통해 제어신호 TG1가 인가된다. 그리고, 스위칭소자 T4는 게이트 단자를 통해 제어신호 BG1가 인가된다.
저항 R1은 스위칭소자 T2, T4의 일단과 접지전압단 사이에 연결된다. 그리고, 전류 램핑부(25)는 스위칭소자 T1, T2의 접점과 스위칭소자 T3, T4의 접점 사이에 연결되어 소프트 스타스(Soft start) 전류를 램핑하고 폴드백(Foldback) 출력전류를 제한한다. 여기서, 전류 램핑부(25)는 인덕터를 포함할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 출력 스위칭부(22)는 복수의 스위칭소자 T1~T4의 선택적인 스위칭 동작에 대응하여 입력전압 VIN을 강압 또는 승압시켜 출력전압 VOUT을 선형적으로 제어한다.
예를 들어, 스위칭 소자 T1가 온, 스위칭 소자 T2가 오프 상태인 경우, 제어신호 TG1, BG1에 따라 스위칭소자 T3, T4가 스위칭되어 출력전압 VOUT을 승압시킬 수 있다. 반면에, 스위칭 소자 T4가 온, 스위칭 소자 T3가 오프 상태인 경우, 제어신호 TG2, BG2에 따라 스위칭소자 T1, T2가 스위칭되어 출력전압 VOUT을 강압시킬 수 있다.
그리고, 출력 스위칭부(22)는 셧-다운(Shut-Down)시 복수의 스위칭소자 T1~T4가 모두 턴 오프 상태가 되어 입력전압 VIN과 출력전압 VOUT이 서로 차단될 수 있다.
또한, 출력 스위칭부(22)는 액정 캡슐(13)의 고착을 방지하기 위해 전압의 위상을 전환한다. 예를 들어, 출력전압 VOUT을 12V에서 -12V로 전환시키거나 6V에서 -6V로 전환시킨다.
이에 따라, 시동의 온 또는 오프 조건에서 액정 캡슐(13)의 위상이 반전 구동된다. 예를 들어, 액정 캡슐(12)의 위상이 π에서 2π로 반전되거나, π/2에서 3π/2로 반전 구동될 수 있다.
도 13은 도 12의 전압 제어부(20)의 제어 방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 13을 참조하면, 전압 제어부(20)는 선형적인 제어 전압을 공급할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 출력 스위칭부(22)가 벅 컨버터(Buck Conveter) 구조로 이루어진 것을 일 예로 설명한다.
전압 제어부(20)는 제어신호 생성부(21)로부터 인가되는 제어신호의 펄스폭에 따라 서플라이 전류(IS1)와 다이오드 전류(ID1)가 생성된다. 그리고, 서플라이 전류(IS1)과 다이오드 전류(ID1)에 대응하여 인덕터 전류(IL1)가 특정 범위 안에서 일정 전류 값을 유지하게 된다. 출력전압(VS1)은 Ton(로우 펄스폭)/T(주기)으로 설정될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 투명도 가변 글래스(10)의 제 1필름(11), 제 2필름(12)의 온 또는 오프를 선택한다.(단계 S1) 이후에, 선택된 제 1필름(11), 제 2필름(12)에 대해 굴절율을 제어한다.(단계 S2)
다음에, 전압 제어부(20)가 인에이블되어(단계 S3) 출력 스위칭부(22)가 전압의 강압 또는 승압 동작을 수행한다.(단계 S4) 만약, 셧-다운이 발생하는 경우 출력전압(VOUT)을 차단한다.(단계 S5)
이후에, 전압 제어부(20)는 제어부(30)의 제어에 따라 투명도 가변 글래스(10)에 제공되는 출력전압(VOUT)을 제어한다.(단계 S6) 제어부(30)는 메모리(40)에 저장된 데이터를 참조로 하여 투명도 가변 글래스(10)에 제공되는 전압 레벨을 제어한다.(단계 S7) 이후에, 전압 제어부(20)는 투명도 가변 글래스(10)에 선형적인 전압을 출력하여(단계 S8) 투명도 가변 글래스(10)의 투명도를 제어한다.(단계 S9)
이상에서와 같이 본 발명의 실시예는, 투명도 가변 글래스를 자율주행 차량용 윈도우 디바이스에 적용할 수 있다. 예를 들어, 차량용 글래스는 윈드쉴드 글래스(Windshield Glass), 선루프(Sunroof), 도어 윈도우(Door Window), 후방 글래스(Rear Glass), 인사이드 미러(Inside Mirror), 아웃사이드 미러(Outside Mirror) 등에 적용될 수 있다.
이러한 경우, 기존 차량에 기 구성된 글래스 하드웨어의 구성을 변경시키지 않고 구현할 수 있으며, 성능의 열화 없이 원가 상승을 최소로 하면서 상품성을 향상시킬 수 있다. 또한, 편광기능을 추가하여 기술적, 상품적 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
즉, 환경(예를 들어, 날씨, 일조량)에 따라 간단한 스위치 조작으로 차량 글래스의 투과율을 자동으로 변화시켜 창문에 내리쬐는 태양 빛을 자동으로 차단킬 수 있다. 또한, 자율주행 차량에서 프라이버시 존의 구축으로 외부 환경으로부터 탑승자를 보호하고 소비자의 니즈(Needs)를 반영할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 차량용 전동 커튼 및 틴팅(Tinting)을 대체하여 원가를 절감시킬 수 있다. 그리고, 공조장치의 사용량을 감소시켜 에너지를 절감시킬 수 있다. 이러한 본 발명의 실시예는 프라이버시 존(Zone), 에너지 세이빙 또는 심미적 효과(elegant&invisible) 영역에 적용될 수 있다.
이 외에도 본 발명의 실시예는 블라인드, 커튼을 대체하는 제품 (자동차 스마트 윈도우 분야, 사무용 빌딩, 그린하우스, 상업용 및 주거용 건물, 온실, 보안, 프라이버시 건물, 브리핑실, 회의실, 영상홍보실, 상황센터실 등)에 적용되어 투과율이 가변되는 글래스를 구현함으로써 블라인드 및 커튼 대체하는 제품으로 사용될 수 있다.
부가적으로, 본 발명의 실시예는 친환경 에너지 저감 사업에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 친환경 건물에 적용(창문에 내리쬐는 태양 빛을 자동으로 차단하는 거주 공간 구현)되어 조명, 난방, 냉방 에너지를 절약하고, 글래스 내부에 폴리실리콘 적용을 통해 태양광 발전 및 전력변환으로 친환경 에너지 기술을 구현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 내측면에 제 1투명전극이 구비된 제 1필름;
    내측면에 제 2투명전극이 구비된 제 2필름; 및
    상기 제 1필름과 상기 제 2필름 사이에 구비되며, 상기 제 1투명전극과 상기 제 2투명전극에 인가되는 전압에 대응하여 입사광의 투과율을 제어하는 액정 캡슐을 포함하고,
    상기 제 1필름과 상기 제 2필름의 중첩시, 상기 제 1투명전극과 상기 제 2투명전극의 배향 패턴 구조에 대응하여 부분적으로 상기 투과율이 제어되는 투명도 가변 글래스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 투과율은 상기 전압의 레벨에 대응하여 가변되는 투명도 가변 글래스.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전압은 선형적인 전압 레벨을 갖는 투명도 가변 글래스.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1투명전극과 상기 제 2투명전극은
    광축에 대해 수직, 수평, 대각 방향 중 어느 하나로 배향되며 등방성 굴절율을 갖는 투명도 가변 글래스.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 액정 캡슐은 고분자 분산형 액정 구조를 갖는 투명도 가변 글래스.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 액정 캡슐은
    상기 제 1투명전극과 상기 제 2투명전극 사이에 구비되며, 액정 폴리머 구조의 가변 투과층을 포함하는 투명도 가변 글래스.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1투명전극과 상기 제 2투명전극의 굴절율이 상기 액정 캡슐의 굴절율과 동일한 경우 투명모드로 제어되고,
    상기 제 1투명전극과 상기 제 2투명전극의 굴절율이 상기 액정 캡슐의 굴절율과 상이한 경우 불투명모드로 제어되는 투명도 가변 글래스.
  8. 전압에 따라 광투과성이 가변 제어되는 투명도 가변 글래스;
    상기 투명도 가변 글래스에 상기 전압을 공급하는 전압 제어부; 및
    입력정보에 대응하여 투과율 모드를 선택하고, 선택된 상기 투과율 모드에 따라 상기 전압의 레벨을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 가변 글래스는
    내측면에 제 1투명전극이 구비된 제 1필름;
    내측면에 제 2투명전극이 구비된 제 2필름; 및
    상기 제 1필름과 상기 제 2필름 사이에 구비되며, 상기 제 1투명전극과 상기 제 2투명전극에 인가되는 상기 전압에 대응하여 입사광의 투과율을 가변적으로 제어하는 액정 캡슐을 포함하는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 전압 제어부는
    상기 제어부의 제어에 따라 펄스폭이 가변되는 제어신호들을 생성하는 제어신호 생성부; 및
    상기 제어신호들에 따라 상기 전압을 승압 또는 강압시키는 출력 스위칭부를 포함하는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 출력 스위칭부는
    상기 제어신호들에 따라 상기 전압을 선형적으로 제어하는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 출력 스위칭부는
    상기 제어신호들에 따라 선택적으로 스위칭되는 복수의 스위칭 소자; 및
    상기 복수의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 램핑하고 폴드백 출력전류를 제한하는 전류 램핑부를 포함하는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 출력 스위칭부는
    셧-다운 동작시 상기 복수의 스위칭소자가 모두 턴 오프 상태가 되어 상기 전압의 공급이 차단되는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 투과율 모드가 브라이트 모드, 가변 틴팅 모드, 프라이버시 모드 중 어느 하나로 변경되는 경우 상기 전압의 레벨 값에 따라 상기 투과율을 상이하게 제어하는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 제어부는
    환경 정보, 사용자 입력 정보, 매뉴얼 동작 중 어느 하나의 상기 입력정보에 따라 상기 투과율 모드를 변경하는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 투과율 모드에 대응하는 투과율 제어 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 메모리는
    상기 투과율 모드에 대응하여 상기 전압의 값이 설정된 룩 업 테이블을 포함하는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
  17. 제 8항에 있어서, 상기 투명도 가변 글래스는
    상기 제 1필름과 상기 제 2필름의 중첩시, 상기 제 1투명전극과 상기 제 2투명전극의 배향 패턴 구조에 대응하여 부분적으로 상기 투과율이 제어되는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 투명도 가변 글래스는
    상기 제 1필름과 상기 제 2필름의 중첩 영역 내에 복수의 영역이 구분되고, 각 영역 별로 개별적인 전압이 인가되어 상기 각 영역 별 전위차에 따라 투과율이 상이하게 제어되는 투명도 가변 클래스 제어 장치.
  19. 제 8항에 있어서, 상기 제 1투명전극과 상기 제 2투명전극은
    광축에 대해 수직, 수평, 대각 방향 중 어느 하나로 배향되며 등방성 굴절율을 갖는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
  20. 제 8항에 있어서, 상기 액정 캡슐은
    상기 제 1투명전극과 상기 제 2투명전극 사이에 구비되며, 액정 폴리머 구조의 가변 투과층을 포함하는 투명도 가변 글래스 제어 장치.
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